Beregningsmodellering kan snart hjælpe forskere med at forudsige, og forebygge, fødevareusikkerhed

Forestil dig en verden, hvor videnskabsmænd bruger computere til at forudsige virkningen af ​​klimaændringer og andre stressfaktorer på international fødevaresikkerhed, migration, og civil konflikt, og derefter bruge disse forudsigelser til at øge tilgængeligheden af ​​vitale ressourcer.

Kelly Cobourn, assisterende professor i vandressourcepolitik ved Virginia Tech's College of Natural Resources and Environment, arbejder på et projekt, der kan bringe os et skridt tættere på den virkelighed.

Hun er en del af et team af forskere fra University of Southern California, Pennsylvania State University, University of Minnesota, og University of Colorado, der samler eksperter i kunstig intelligens, model kobling, hydrologi, agronomi, og økonomi.

Cobourns rolle vil være at lede det socioøkonomiske modelleringsarbejde, der er nødvendigt for at udvikle et computermodelleringssystem, der vil hjælpe med at forudsige, hvordan menneskelige aktiviteter kan påvirke den naturlige verden, og omvendt.

Mere specifikt, hendes arbejde vil bidrage til en forståelse af fødevaresikkerhed gennem integration af socioøkonomiske og biofysiske modeller, samt strømlining af dataværktøjer, der bruges til at vurdere fødevaresikkerhedsspørgsmål.

"Fødevaresikkerhed er et stort problem i store dele af verden, og det vil sandsynligvis blive et mere presserende problem fremadrettet, " sagde Cobourn, et fakultetsmedlem i Institut for skovressourcer og miljøbevarelse. "Klimaændringer bidrager til fødevareusikkerhed, og fødevareusikkerhed bidrager til civil konflikt."

I betragtning af det komplekse samspil mellem mennesker og miljøspørgsmål såsom klimaændringer, forskerne arbejder på at udvikle modeller, der illustrerer, hvordan landmænd træffer beslutninger om fødevareproduktion. De vil derefter skabe modeller for at hjælpe med at forklare, hvordan disse beslutninger påvirker, eller er berørt af, belastninger på miljøet og sociale systemer.

Det fireårige projekt, kaldet MINT for Model INTegration, ledes af Yolanda Gil, professor i datalogi ved University of Southern California's Information Sciences Institute. Det er finansieret med et tilskud på $13 millioner fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) som en del af DARPAs World Modelers-program.

Ifølge Cobourn, som også er tilknyttet Global Change Center i Virginia Techs Fralin Life Science Institute, spørgsmålet om fødevaresikkerhed har også forsvarsanvendelser.

"Fødevareusikkerhed kan ofte føre til konflikt i mange dele af verden. I sidste ende, vi ønsker at forstå, hvordan forskellige faktorer driver fødevaresikkerhedsresultater, og hvordan det kan føre til civil uro, " Cobourn forklarede. "Dette kan også hjælpe os med bedre at forstå, hvilke foranstaltninger der skal træffes for at beskytte mod fødevareusikkerhed og forhindre noget af den konflikt."

Medlemmerne af forskerholdet håber også at kunne bruge deres varierede ekspertise til at fremskynde dataindsamling og fødevaresikkerhedsmodellering.

"Lige nu, modellering involverer meget dataindsamling, " sagde Cobourn. "En forsker, der arbejder på fødevaresikkerhed, ville indsamle feltdata eller manuelt indsamle dem fra forskellige kilder. Det kan tage år at indsamle data og derefter finde ud af, hvordan man kobler modeller mellem discipliner. Dette projekt ville skabe beregningsmæssige måder at trække data fra forskellige kilder på og automatisere modelleringsprocessen."

Ved at automatisere dataindsamling og modellering, teamet vil i høj grad være i stand til at reducere mængden af ​​tid, der er nødvendig for at forbinde modeller på tværs af discipliner, hvilket vil føre til en bedre forståelse af krydsfeltet mellem menneskelig aktivitet og miljøet.

I løbet af de næste fire år, forskerne vil udvikle modeller for menneskelig aktivitet og påvirkning af naturressourcer for at skabe forudsigelser for visse dele af verden baseret på faktorer som klimaændringer og afgrødeudbytte.

"Jeg vil primært udvikle modeller og skabe menneskelig adfærd og politiske scenarier, " sagde Cobourn. "De beregningsmæssige eksperter ved, hvordan man automatiserer dataindsamlingen og modelleringsprocessen, men de har måske ikke baggrund i de discipliner, der arbejder med disse problemer. De andre disciplinære eksperter og jeg vil hjælpe dem med at samle ting som agronomiske og økonomiske modeller på en måde, der giver mening.

"Det er spændende at arbejde sammen med så stort et team af eksperter og tænke på, hvordan vi kan skubbe den koblede menneskelige og naturlige systemmodellering fremad ved at udvikle nye beregningsværktøjer, " tilføjede hun.